JP2017223210A - Two-piece housing connecting rod l-shaped yoke opposing piston type stroke capacity continuous variable device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等のエンジンにおいて行程容積、圧縮比を随時任意に連続無段階可変し、ピストン下降側(吸気、膨張行程)のクランク回転角が上昇側(圧縮、排気行程)より広い行程容積連続可変装置における、コンパクト化、低重心化及び振動低減に関するものである。In the present invention, the stroke volume and compression ratio are continuously and continuously variable at any time in an engine such as an automobile, and the stroke rotation angle on the piston descending side (intake and expansion strokes) is wider than that on the ascending side (compression and exhaust strokes). The present invention relates to compactness, low center of gravity, and vibration reduction in a continuously variable device.
出力に対し、内燃機関の行程容積及び圧縮比は、熱効率、ポンピングロスを決定づける主な要因であり、負荷や回転数等に応じて行程容積、圧縮比を連続自在に選択できれば、広運転領域で熱効率向上、ポンピングロス低減を図れる。
斜板(斜軸)にてピストン往復運動をクランク軸回転運動に変換し、斜板(斜軸)の傾斜角及びクランク軸方向位置を変え、行程容積及び圧縮比を可変する特許文献US特許4433596号、特開2004−245092号等があるが、ピストン往復運動の力を出力軸の回転力に変換する部分でのメカロスが大きく、しかも高回転化が困難な構造であり、斜板(斜軸)の傾斜角を変える機構も精度、安全面での対応が不十分であり、一つの斜板、クランク軸外周に多シリンダをクランク軸に平行に配置したものは、往復運動部の慣性力、慣性モーメントがアンバランスになり易く、一軸クランクでのバランス取りが非常に難しい為振動対策面でも不十分となる。又、クランク軸方向にシリンダ、シリンダヘッド等が順に配置されることとなり軸方向エンジン長が長くなる為に、車体左右方向にクランク軸、変速機を配置することが困難故に前後方向に配置することになるが、変速機部分の運転室への張り出しが多くなり運転席、助手席の邪魔となる欠点もあり実用化に至っていないのが現状である。The stroke volume and compression ratio of the internal combustion engine with respect to the output are the main factors that determine the thermal efficiency and pumping loss.If the stroke volume and compression ratio can be selected continuously according to the load, the rotational speed, etc. Increases thermal efficiency and reduces pumping loss.
Patent document US Pat. No. 4,433,596 which converts piston reciprocating motion into crankshaft rotational motion with a swash plate (slanted shaft), changes the tilt angle and crankshaft direction position of the swash plate (slanted shaft), and varies the stroke volume and compression ratio. No. 2004-245092, etc., but it has a large mechanical loss at the part that converts the piston reciprocating force into the rotational force of the output shaft, and it is difficult to achieve high rotation. The mechanism that changes the angle of inclination) is also inadequate in terms of accuracy and safety. A single swash plate, with multiple cylinders arranged around the crankshaft in parallel with the crankshaft, The moment of inertia tends to be unbalanced, and it is very difficult to balance with a single-shaft crank. In addition, cylinders, cylinder heads, etc. are arranged in order in the crankshaft direction, and the axial engine length becomes longer. Therefore, it is difficult to arrange the crankshaft and transmission in the left-right direction of the vehicle body. However, the actual situation is that it has not been put into practical use because there are many disadvantages that obstruct the driver's and passenger's seats due to the overhang of the transmission portion into the cab.
単クランク機構を応用すれば従来の加工設備を利用できると共に、エンジンレイアウトも似たものとなり従来の車体に搭載し易く実用化への障壁が小さくなる。
コンロッドを二分割し主にクランク側の動きをアームにて規制し、アームの揺動軸位置を可変したり、揺動軸をクランクの1/2回転にて円運動させることで、圧縮比可変やクランク一回転毎にストロークを可変する所謂アトキンソンサイクルを実現するもの等が数多く提案されている。
その中にシリンダ芯軸とクランクジャーナル軸を通る芯軸への垂線の内側の第二象限に、クランク側コンロッドの動きを規制するアームの揺動軸芯を設けたことを特徴とする特許文献特開2003−129817号、特開2003−201875号があり、揺動軸芯位置を一次元的又は二次元的可変することでピストンストロークを連続可変可能とし、併せて圧縮比も行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続無段階可変できるものが提案されている。If a single crank mechanism is applied, conventional processing equipment can be used, and the engine layout is similar, so that it can be easily mounted on a conventional vehicle body and the barrier to practical use is reduced.
Dividing the connecting rod into two parts, mainly restricting the movement on the crank side with the arm, and changing the position of the swing axis of the arm, or making the swing axis move circularly with 1/2 rotation of the crank, variable compression ratio Many proposals have been made to realize a so-called Atkinson cycle in which the stroke is variable for each rotation of the crank.
Among them, in the second quadrant inside the perpendicular to the core shaft passing through the cylinder core shaft and the crank journal shaft, a swing shaft core of an arm for restricting the movement of the crank side connecting rod is provided. No. 2003-129817 and JP-A-2003-201875, the piston stroke can be continuously changed by changing the pivot axis position one-dimensionally or two-dimensionally, and the compression ratio is also matched to the stroke volume. There has been proposed one that can be set or arbitrarily continuously variable at any time.
特許文献特開2003−129817号、特開2003−201875号では、第二象限内にアームの揺動軸芯と共に揺動先端軸を設けており先端軸の軌跡がピストンストロークを決定づけている。二分割コンロッド連結軸のシリンダ直角方向の振れはクランクピン回転直径並となるが、ピストンストロークに対しクランクピン回転直径を多少は小さくできるので、従来の単クランク機構よりピストン側圧は低減できるが大幅に低減できるものでは無く、クランク側コンロッドがシリンダ直角方向に長く延長されており、往復運動部重量の増加を招き振動増加、強度低下の原因になると共に、ピストンストロークの上死点位相がストローク変化に伴い大きく変化する為に、バルブタイミングを合わせる為のVVTが必須となり、バルブタイミングをも可変するとなると更に位相可変幅の大きなVVTが必要となる。又、ピストン下降側(吸気、膨張行程)のクランク回転角が上昇側(圧縮、排気行程)より広く燃焼効率面では有利となるが、自動車等のエンジンに多用されている直4、直6等のクランク配列ではクランクバランスがとれず振動大となる欠点があった。In Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-129817 and 2003-201875, a swing tip shaft is provided together with a swing shaft core of an arm in the second quadrant, and the locus of the tip shaft determines the piston stroke. The two-way connecting rod connecting shaft runout in the direction perpendicular to the cylinder is similar to the crankpin rotation diameter. However, the crankpin rotation diameter can be made somewhat smaller than the piston stroke, but the piston side pressure can be reduced compared to the conventional single crank mechanism, but greatly. The crank-side connecting rod is elongated in the direction perpendicular to the cylinder, causing an increase in the weight of the reciprocating motion, resulting in an increase in vibration and a decrease in strength, and a change in the top dead center phase of the piston stroke. Accordingly, VVT for adjusting the valve timing is indispensable, and if the valve timing is also variable, a VVT having a larger phase variable width is required. Further, the crank rotation angle on the piston lowering side (intake and expansion strokes) is wider than that on the ascending side (compression and exhaust strokes), which is advantageous in terms of combustion efficiency. The crank arrangement of this type had a drawback that the crank balance was not achieved and the vibration was large.
本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたもので、二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたL形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御することで、行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続無段階可変し、広運転領域で熱効率向上、ポンピングロス低減を図れると共に、ピストン側圧を大幅低減でき低メカロスで、ストローク可変時の上死点位相変化が少なく位相合わせの為のVVTも不要で、往復運動部重量の増加をも少なく抑えられる行程容積連続可変装置において、同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせ、可変制御アームの揺動軸芯位置を、二本のクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側で、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線に対し線対称位置に可変制御することで、シリンダ芯軸直角方向の振動は僅かに残るがシリンダ芯軸方向はバランスがとれ大幅に振動低減しバランサ装置不要にできると共に、クランク軸方向のコンパクト化、及び低重心化が図れる自動車用エンジンに適した行程容積連続可変装置を提供するものである。The present invention has been made in view of the above-described problems. The crank side of a connecting rod that is divided into two and is connected so as to be swingable in a direction perpendicular to the crankshaft is connected to the side connecting the connecting shaft and the crankpin axis. Cylinder core shaft with L-shaped yoke with variable control arm connection shaft core at the opposite vertex where the diagonal is approximately right angle, stroke the arm connection shaft in an arc shape with the variable control arm, and the path passes through the crank journal shaft core The position of the swing axis of the variable control arm is adjusted so that the position and angle change in a radial manner within a square shape that approaches the top dead center side and spreads on both sides on the bottom dead center side. By dimensionally variable control, the stroke volume is continuously variable continuously, and the compression ratio is set according to the stroke volume, or can be arbitrarily continuously variable at any time to improve thermal efficiency and reduce pumping loss in a wide operating range. Along with being able to figure out Side stroke can be greatly reduced with low mechanical loss, top dead center phase change when stroke is variable, VVT is not required for phase alignment, and the stroke volume continuously variable device can suppress the increase in reciprocating motion part weight. Two cranks that are reverse to each other in number are arranged in parallel, the pistons connected to each crank are opposed to each other on a concentric shaft, and the position of the swing axis of the variable control arm is opposed to the two cranks. By variably controlling on the opposite side of the cylinder to a line symmetrical position with respect to the intermediate line perpendicular to the line connecting the two crank journal axes, vibration in the direction perpendicular to the cylinder axis remains slightly, but the cylinder axis direction Stroke volume series suitable for automotive engines that can achieve a balance, greatly reduce vibration, eliminate the need for a balancer device, and achieve compactness in the crankshaft direction and low center of gravity. There is provided a variable device.
前述の課題を解決する為の請求項1の発明は、二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたL形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御するものにおいて、同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせ、可変制御アームの揺動軸芯位置を、二本のクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側で、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線に対し線対称位置に可変制御する行程容積連続可変装置とすることを特徴とする。
特許文献特開2003−129817号、特開2003−201875号の様な従来の二分割コンロッド行程容積可変機構は、アーム先端部位置がコンロッド連結軸よりピストン側にあるのでストローク時にシリンダスカート部との接触を防ぐ必要がありピストン側コンロッドが長くなってしまう欠点があり、クランク側コンロッドもシリンダ芯軸に対し直角方向に長く延長されるので重量増加による振動増加及び強度低下と共にエンジンブロックの増大を招いていた。
又、ピストンストロークに対しクランクピン回転直径を多少は小さくできる機構ではあるが、コンロッド連結軸のシリンダ芯軸に対する直角方向の振れ幅がクランクピン回転直径並となるので、従来の単クランク機構よりはピストンスラップによる側圧を低減できているが大幅に低減できるものでは無く、ピストンストロークの上死点位相がストローク変化に伴い大きく変化するので、バルブタイミングを合わせる為にVVTが必須となり、バルブタイミングをも可変するとなると更に位相可変幅の大きなVVTが必要となる。
又、ピストン下降側(吸気、膨張行程)のクランク回転角が上昇側(圧縮、排気行程)より広くなるので燃焼効率面では有利となるが、自動車等のエンジンに多用されている直4、直6等のクランク配列ではクランクバランスがとれず振動大となる欠点があった。
本発明の様に、コンロッドを二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結、クランク側の動きを可変制御アームにて規制し、アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変することでピストンストロークを連続可変するものにおいて、コンロッド連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点にアーム連結軸芯を設けた(クランクピン軸芯とアーム連結軸芯を結ぶ線に対しアーム連結軸芯から略直角に延長した位置にコンロッド連結軸芯を設け軸芯三ヵ所をL形に配置した)L形ヨークとし、アーム連結軸をアームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様にしたことで、コンロッド連結軸がアーム連結軸の円弧状軌跡上をアーム連結軸に対しコンロッド連結軸が揺動する形で軌跡を描きストロークするので、シリンダ芯軸に対し直角方向の振れが極小さく抑えられピストンスラップによる側圧を大幅に低減でき低メカロスとなる。本実施例図ではアッパクランクケースのみにてシリンダ合せ面を形成し面加工を容易にすることを優先した為に、最少、最大ストロークに於けるコンロッド連結軸芯ストローク軌跡のシリンダ芯軸直角方向最大振れ幅の略中央からシリンダ芯軸が少しずれた位置に配置され、コンロッド連結軸のシリンダ芯軸に対する直角方向の振れが少し大きくなっている。加工工数が増えると共に組立時に合せ面に段差が出来やすくなり、液封に気を使う必要があるが、シリンダ合せ面加工をミドルケースと同時加工とすれば、シリンダ芯軸をシリンダ芯軸直角方向最大振れ幅の略中央にすることは容易に可能である。
又、ストローク量に合せた圧縮比に設定する為に、アーム連結軸の上死点時シリンダ芯軸に対する直角方向位置を多少ずらすことになるが、変位量は小さいのでストローク量による上死点時のクランク位相変化は少なく数度程度に収まり、タイミング合わせのVVTは不要となる。
又、上死点付近ではクランクピン軸とシリンダスカート部の間にアーム連結軸が挟まれる形になるので、クランクジャーナル軸に対するシリンダヘッド合せ面の高さは単クランク機構よりその分高くなるが、単クランク機構のクランクピン回転半径がストロークの1/2であるのに対し、最大ストローク時の1/3〜1/4程度にできるのであまり高くならず、アーム連結軸に対するコンロッド連結軸位置はシリンダヘッド合せ面側に揺動傾斜した状態となり、下死点側でもコンロッド連結軸位置がクランクピン回転半径までは下がらないのでコンロッド長を単クランク機構より短くでき強度、重量面で特許文献例より有利にできる。
又、可変制御アームの揺動軸芯位置を面状(二次元的)に可変可能とすることにより、全ストローク範囲で圧縮比を随時任意に連続無段階可変できるものであり、最少ストローク(最少行程容積)側の低負荷、低回転領域で高圧縮比とし燃焼効率の向上を図ったり、最大ストローク(最大行程容積)側の高負荷、低回転領域でノッキング防止の為に低圧縮比とすること等が瞬時に無段階可変できると共に、圧縮比可変幅も自在に大きくとれるので、一基のエンジンにて過給ガソリンエンジンの圧縮比からディーゼルエンジンやHCCIエンジンの圧縮比まで随時任意に連続無段階可変できることになる。
以上の様な特徴を有する行程容積可変機構を同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせ、可変制御アームの揺動軸芯位置を、二本のクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側に配置すると共に、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線に対し線対称位置に可変制御する対向ピストン型行程容積連続可変装置とすることにより、ピストン下降側(吸気、膨張行程)のクランク回転角が上昇側(圧縮、排気行程)より広くなり燃焼効率面では有利であるが、自動車等のエンジンに多用されている直4、直6等のクランク配列ではクランクバランスがとれず振動大となる欠点を、対向ピストン化によりシリンダ芯軸直角方向の振動は僅かに残るがシリンダ芯軸方向はバランスがとれ大幅に振動低減しバランサ装置不要にできると共に、シリンダ軸方向は長くなってしまうが同じ気筒数の直列エンジンよりクランク軸方向をコンパクト化できる。
しかもクランクを二本とし逆回転させることでエンジン部のジャイロ効果を打ち消し車体前後方向のクランク軸配置に適したエンジンにできると共に、可変制御アームの揺動軸芯位置を、二本のクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側に配置すると共に、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線に対し線対称位置に可変制御するレイアウトにて、ピストン下降側(吸気、膨張行程)のクランク回転角が上昇側(圧縮、排気行程)より広くなるストローク特性を両側気筒同一に設定できると共に、シリンダ芯軸直角方向寸法がコンパクト化され低重心化が図れる。
クランクジャーナル軸に対しクランクピンがシリンダ側を回転する時の上死点から下死点間のクランク回転角が広くなり、クランクピンがシリンダの反対側を回転する時の下死点から上死点間のクランク回転角が狭くなる特性故に、従来の対向ピストンの様に、クランク一本で対向するピストン芯軸をクランク軸方向視同一線上でクランク軸方向にずらして配置したものおいて、可変制御アームの揺動軸芯位置をクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側に配置すると共に、クランクジャーナル軸芯を通りシリンダ芯軸に直角な線に対し線対称位置に可変制御するレイアウトでは、両側ピストンに連結されたクランクピンが同方向に回転するので、片方のピストンの上死点から下死点間のクランク回転角が広いと、反対側のピストンの上死点から下死点間のクランク回転角は狭くなり燃焼特性が大幅に変わると共に、往復運動部の慣性力も差ができバランスが取れない。クランクを二本とし同回転数にて逆回転させることで両側気筒のストローク特性を同一にでき、燃焼特性、クランクバランス共合わせることが可能となる。In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
Conventional two-division connecting rod stroke volume variable mechanisms such as Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-129817 and 2003-201875 are located on the piston side of the connecting rod connecting shaft, so that the cylinder skirt portion can be It is necessary to prevent contact, and there is a disadvantage that the connecting rod on the piston side becomes long, and the connecting rod on the crank side is also extended in the direction perpendicular to the cylinder core axis, which causes an increase in vibration and strength due to an increase in weight and an increase in engine block. It was.
Although the crankpin rotation diameter can be made somewhat smaller than the piston stroke, the deflection width in the direction perpendicular to the cylinder core axis of the connecting rod connecting shaft is equal to the crankpin rotation diameter. Although the side pressure due to piston slap can be reduced, it cannot be significantly reduced, and the top dead center phase of the piston stroke changes greatly as the stroke changes. Therefore, VVT is essential to match the valve timing, and the valve timing is also reduced. If variable, VVT having a larger phase variable width is required.
In addition, since the crank rotation angle on the piston lowering side (intake and expansion strokes) is wider than that on the ascending side (compression and exhaust strokes), it is advantageous in terms of combustion efficiency, but it is frequently used in engines such as automobiles. The crank arrangement of 6 etc. has a disadvantage that the crank balance is not balanced and the vibration becomes large.
As in the present invention, the connecting rod is divided into two and connected so as to be swingable in the direction perpendicular to the crankshaft, the movement on the crank side is restricted by a variable control arm, and the position of the swing axis of the arm is variable two-dimensionally. With the piston stroke continuously variable, arm connecting shafts are provided at the opposite vertices whose diagonal is substantially perpendicular to the side connecting the connecting rod connecting shaft and the crankpin shaft core (the crank pin shaft and the arm connecting shaft core). Connecting rod connecting shaft cores are provided at positions extending substantially perpendicularly from the arm connecting shaft core to the line connecting them, and three shaft cores are arranged in an L shape), and the arm connecting shaft is stroked in an arc shape by the arm. The position and angle change in a radial manner within a square-shaped range that approaches the top dead center side and spreads on both sides on the bottom dead center side with respect to a line that is substantially parallel to the cylinder core axis passing through the crank journal axis. By doing Since the connecting rod connecting shaft draws a stroke on the arc connecting locus of the arm connecting shaft in such a way that the connecting rod connecting shaft swings with respect to the arm connecting shaft, the vibration in the direction perpendicular to the cylinder core shaft is minimized, and the piston slap The side pressure due to can be greatly reduced, resulting in low mechanical loss. In this example diagram, priority is given to forming the cylinder mating surface only with the upper crankcase and facilitating surface machining, so the connecting rod connecting shaft stroke trajectory in the minimum and maximum stroke is the maximum in the direction perpendicular to the cylinder shaft. The cylinder core shaft is disposed at a position slightly deviated from the approximate center of the swing width, and the deflection of the connecting rod connecting shaft in the direction perpendicular to the cylinder core shaft is slightly increased. As the processing man-hours increase, it becomes easier to create a step on the mating surface during assembly, and it is necessary to take care of the liquid seal. However, if the cylinder mating surface machining is performed simultaneously with the middle case, the cylinder core axis is perpendicular to the cylinder core axis. It is easily possible to make it the approximate center of the maximum swing width.
Also, in order to set the compression ratio according to the stroke amount, the position perpendicular to the cylinder core shaft at the top dead center of the arm connecting shaft will be slightly shifted, but the displacement is small, so at the top dead center due to the stroke amount. The change in the crank phase is small and is within a few degrees, and VVT for timing adjustment is not necessary.
In addition, since the arm connecting shaft is sandwiched between the crankpin shaft and the cylinder skirt in the vicinity of the top dead center, the height of the cylinder head mating surface with respect to the crank journal shaft is higher than that of the single crank mechanism, The crank pin rotation radius of the single crank mechanism is 1/2 of the stroke, but it can be reduced to about 1/3 to 1/4 of the maximum stroke, so it is not so high, and the connecting rod connecting shaft position relative to the arm connecting shaft is a cylinder. Since the connecting rod connecting shaft position does not decrease to the crank pin rotation radius even at the bottom dead center side, the connecting rod length can be made shorter than that of the single crank mechanism, which is more advantageous than the patent literature example in terms of strength and weight. Can be.
In addition, by making the variable control arm's pivot axis position variable in a planar shape (two-dimensional), the compression ratio can be varied continuously and steplessly at any time over the entire stroke range. High compression ratio in the low load and low rotation region on the stroke volume) side to improve combustion efficiency, and low compression ratio to prevent knocking in the high load and low rotation region on the maximum stroke (maximum stroke volume) side In addition to being able to change the compression ratio in a stepless manner, the variable range of the compression ratio can be set to a large value, so it is not necessary to continuously and continuously adjust the compression ratio of a supercharged gasoline engine to the compression ratio of a diesel engine or HCCI engine with a single engine. The stage can be changed.
In the stroke volume variable mechanism having the above-described features, two cranks that are reverse to each other at the same rotational speed are arranged in parallel, and the pistons connected to the cranks are opposed to each other on the concentric shafts to swing the variable control arm. An opposed piston type in which the dynamic axis position is arranged on the opposite side of the opposed piston cylinder with respect to the two cranks, and is variably controlled to a line symmetric position with respect to an intermediate line perpendicular to the line connecting the two crank journal axes. By using a continuously variable stroke volume device, the crank rotation angle on the piston lowering side (intake and expansion strokes) is wider than that on the ascending side (compression and exhaust strokes), which is advantageous in terms of combustion efficiency. The straight 4 and straight 6 crank arrangements have the disadvantage that the crank balance is not balanced and the vibration becomes large. With Linda core axial direction balanced significantly reducing vibration and can be made balancer required, the cylinder axis direction is becomes long can be made compact crankshaft direction than the series engine of the same number of cylinders.
In addition, by reversely rotating the crank with two cranks, it is possible to cancel the gyro effect of the engine part and make the engine suitable for the crankshaft arrangement in the longitudinal direction of the vehicle body, and the position of the swing axis of the variable control arm relative to the two cranks The piston on the piston lowering side (intake and expansion stroke) is arranged on the opposite side of the opposed piston cylinder and is variably controlled in a line-symmetrical position with respect to the intermediate line perpendicular to the line connecting the two crank journal axes. The stroke characteristics in which the rotation angle is wider than the ascending side (compression, exhaust stroke) can be set to the same for both cylinders, and the dimensions perpendicular to the cylinder core axis can be made compact and the center of gravity can be lowered.
The crank rotation angle between the top dead center and the bottom dead center when the crank pin rotates on the cylinder side with respect to the crank journal shaft becomes wider, and the bottom dead center from the top dead center when the crank pin rotates on the opposite side of the cylinder Because of the characteristic that the crank rotation angle is narrow, the piston core shaft that is opposed by a single crank is shifted in the direction of the crankshaft on the same line as viewed from the crankshaft direction as in the case of the conventional opposed piston. In the layout in which the swing axis position of the arm is arranged on the opposite side of the opposed piston cylinder with respect to the crank, and is variably controlled to a line symmetrical position with respect to a line passing through the crank journal axis and perpendicular to the cylinder axis, Since the connected crank pins rotate in the same direction, if the crank rotation angle between the top dead center and the bottom dead center of one piston is wide, the top of the piston on the opposite side With narrower becomes the combustion characteristics crank angle between the bottom dead center vary considerably from point, is not balanced inertial force can also difference reciprocator. By using two cranks and rotating in reverse at the same rotation speed, the stroke characteristics of both cylinders can be made the same, and the combustion characteristics and crank balance can be combined.
又、請求項2の発明は、請求項1の発明において、可変制御アームの揺動軸をクランク軸方向視V字状にリンクにて軸支し3点支持にて位置決め固定可能とし、先端が可変制御アームの揺動軸芯位置に対しクランク軸芯に近いリンクの先端部を、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に平行且つ各クランクジャーナル軸に直角に配置した雄送りネジ軸に噛合う雌送りネジにて揺動自在に軸支し、リンクにて雌送りネジの回転を規制することで雄送りネジ軸の回転にて雌送りネジが雄送りネジ軸上をスライドして揺動軸芯位置を主にシリンダ軸平行方向に可変することで主に行程容積を可変することを特徴とする。
可変制御アームの揺動軸を位置可変にて軸支する方法としては、特許文献特開2003−129817号、特開2003−201875号の様に送りネジシャフト端にて揺動軸を軸支し送りネジにて一次元的に位置を変えるか、送りネジシャフトの位相も可変として二次元的に可変可能にする方法もあるが、気筒毎に送りネジ、ギヤ類を設ける必要がありコスト、アライメント精度面で不利であり、送りネジシャフト自体が動くので行程容積可変時のイナーシャ大となり、位相可変時は更に機構を保持するケースをも含めたイナーシャが加わり応答速度の低下が問題となる。
本発明の様に、可変制御アームの揺動軸をV字状のリンクにて軸支することで、両リンク先端軸との三点支持にて確実に軸支でき、コスト、アライメント精度面で優れ、可変機構の可動部イナーシャも小さく抑えられ応答速度を速くできると共に、機構をクランクケース内に収められるので液封も容易である。
尚、揺動軸を安定、確実に保持する為に、揺動軸と両リンク先端軸で形成される三角形は全可変ストローク(行程容積)範囲に於いて三角形を維持すると共に、揺動軸芯点の内角は0°、180°から遠ざけた角度にする必要がある。
又、揺動軸位置可変を二次元的に可変する時、可変制御アームの揺動軸を主にシリンダ芯軸方向に変位させるリンク側の先端部移動で主に行程容積(ピストンストローク)が可変されるが、シリンダ芯軸直角方向変位により圧縮比も変化し、主にシリンダ芯軸直角方向に変位させるリンク側の先端部移動で主に圧縮比が可変されるが、シリンダ芯軸方向変位により行程容積も変化してしまうので、決められた圧縮比にて行程容積を正確に可変する場合は両方のリンク先端部移動を協調させる必要がある。
ピストンストロークは主に可変制御アーム揺動軸のシリンダ芯軸方向位置により変化し、シリンダ芯軸方向位置をより大きく変位させた方がストロークを大きく可変できるので、本案では主にシリンダ芯軸方向に変位させるリンク側の先端部を、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に平行つまりはシリンダ芯軸に平行、且つ各クランクジャーナル軸に直角に配置した雄送りネジ軸に噛合う雌送りネジにて揺動自在に軸支し、リンクにて雌送りネジの回転を規制することで、雄送りネジの回転にて雌送りネジが雄送りネジ上をスライドして揺動軸芯位置を可変させることで、移動量を大きくでき行程容積可変量を大きくできる構造としている。又、送りネジ部が非可逆伝達なので無電力で行程容積を一定保持でき電力消費を抑え燃料消費を低減できる。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the swing shaft of the variable control arm is pivotally supported by a link in a V shape when viewed from the crankshaft direction, and can be positioned and fixed by three-point support. The tip of the link close to the crankshaft core with respect to the pivot axis position of the variable control arm is meshed with a male feed screw shaft that is arranged parallel to the line connecting the two crank journal shaft cores and perpendicular to each crank journal shaft. The female feed screw is pivotally supported by the matching female feed screw, and the female feed screw is slid on the male feed screw shaft by the rotation of the male feed screw shaft by restricting the rotation of the female feed screw by the link. The stroke volume is mainly changed by changing the axial center position mainly in the cylinder axis parallel direction.
As a method for pivotally supporting the swing shaft of the variable control arm by changing the position, the swing shaft is pivotally supported at the end of the feed screw shaft as in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-129817 and 2003-201875. There are methods to change the position one-dimensionally with a feed screw, or to make the phase of the feed screw shaft variable and make it variable two-dimensionally, but it is necessary to provide a feed screw and gears for each cylinder, cost, alignment This is disadvantageous in terms of accuracy, and the feed screw shaft itself moves, resulting in a large inertia when the stroke volume is variable. When the phase is variable, inertia including a case for holding the mechanism is added, resulting in a problem of a decrease in response speed.
As in the present invention, by pivotally supporting the swing axis of the variable control arm with a V-shaped link, it can be pivotally supported by three-point support with the end shafts of both links, in terms of cost and alignment accuracy. The movable part inertia of the variable mechanism is small, the response speed can be increased, and the mechanism can be stored in the crankcase, so that liquid sealing is easy.
In order to hold the rocking shaft stably and reliably, the triangle formed by the rocking shaft and the tip shafts of both links maintains the triangle in the entire variable stroke (stroke volume) range and the rocking shaft core. The interior angle of the point must be 0 ° and away from 180 °.
In addition, when changing the swing axis position two-dimensionally, the stroke volume (piston stroke) is mainly variable by moving the tip of the link side that displaces the swing axis of the variable control arm mainly in the cylinder axis direction. However, the compression ratio also changes due to the cylinder core axis perpendicular displacement, and the compression ratio is mainly changed by moving the tip of the link side that is displaced in the cylinder core axis perpendicular direction. Since the stroke volume also changes, when the stroke volume is accurately varied at a determined compression ratio, it is necessary to coordinate both link tip end movements.
The piston stroke mainly varies depending on the position of the variable control arm swing axis in the cylinder core direction. The larger the displacement of the cylinder core axis position, the greater the stroke can be varied. The distal end of the link to be displaced is connected to a female feed screw that meshes with a male feed screw shaft that is parallel to the line connecting the two crank journal shaft cores, that is, parallel to the cylinder core shaft and perpendicular to each crank journal shaft. By pivotally supporting the shaft and restricting the rotation of the female feed screw with the link, the female feed screw slides on the male feed screw by the rotation of the male feed screw, thereby changing the position of the pivot axis. Thus, the moving amount can be increased and the stroke volume variable amount can be increased. Further, since the feed screw portion is irreversible transmission, the stroke volume can be kept constant without power, and the power consumption can be suppressed and the fuel consumption can be reduced.
又、請求項3の発明は、請求項2の発明において、クランク軸方向に対向ピストン機構を並べて配置したものにおいて、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線付近の雄送りネジ軸にギヤを設けると共に、ギヤ両側の送りネジを互いに逆ネジとし、気筒列毎の雄送りネジ軸の中間にアイドルギヤを配置し噛合せることでギヤ列を形成し、その内の一つのアイドルギヤ端部より一体に雄送りネジ軸に平行に延長したシャフトの先端部にドリブンギヤを設け、行程容積可変制御モータのドライブギヤ部を噛合せて対向ピストン気筒列毎の行程容積可変機構を連動し、一つのモータで全ての気筒列の可変制御を可能とすることを特徴とする。
ギヤ列を二本のクランクジャーナル軸芯の中間付近に設けることで雌送りネジのスライドの邪魔にならずに配置できると共に、可変制御アームの揺動軸移動及び揺動範囲を避けて配置された行程容積可変制御モータからの動力を伝達するアイドルギヤに一体に形成したシャフトを、各気筒列毎に配置した雄送りネジ軸の中間の空間を有効利用し配置することで、気筒列間隔を広げることなく雄送りネジ軸上をスライドする雌送りネジを避けて配置することができる。According to a third aspect of the present invention, in the invention of the second aspect, the opposed piston mechanisms are arranged side by side in the crankshaft direction, and the male feed screw near the intermediate line perpendicular to the line connecting the two crank journal shaft cores. A gear is provided on the shaft, the feed screws on both sides of the gear are reverse screws, and an idle gear is arranged in the middle of the male feed screw shaft for each cylinder row to form a gear train. A driven gear is provided at the end of the shaft that extends in parallel with the male feed screw shaft from the gear end, and the drive volume of the variable stroke volume control motor is engaged to interlock the stroke volume variable mechanism for each opposed piston cylinder row. The variable control of all the cylinder rows can be performed with one motor.
By arranging the gear train near the center of the two crank journal shafts, it can be arranged without interfering with the sliding of the female feed screw, and it is arranged avoiding the swing axis movement and swing range of the variable control arm The shaft formed integrally with the idle gear that transmits the power from the variable stroke volume control motor is arranged by effectively utilizing the space between the male feed screw shafts arranged for each cylinder row, thereby widening the cylinder row interval. Without the female feed screw that slides on the male feed screw shaft, it can be arranged.
又、請求項4の発明は、請求項1の発明において、可変制御アームの揺動軸をクランク軸方向視V字状にリンクにて軸支し3点支持にて位置決め固定可能とし、先端が可変制御アームの揺動軸芯位置に対しクランク軸芯より遠いリンクの先端部を、二本のクランク軸毎に平行配置したシャフトに気筒列毎に固定したアーム先端にて揺動自在に軸支すると共に、別にシャフトに固定した制御レバーの先端部を揺動させることで可変制御アームの揺動軸芯位置を主にシリンダ軸直角方向に可変することで主に圧縮比を可変することを特徴とする。
圧縮比は主に可変制御アーム揺動軸のシリンダ軸直角方向位置により変わるが、変位量はピストンストロークを可変するより小さくて済むので、行程容積可変に採用した気筒毎に送りネジ機構を設けそれらを連動させる方式より、両側クランク軸毎に平行にシャフトを配置し、気筒毎にシャフトに一体に形成した偏芯軸又は別体のアームをシャフトに締結し、シャフトの位相を可変することで揺動軸芯位置を主にシリンダ軸直角方向に可変する側のリンク先端部を、軸支しつつ変位させシリンダ軸直角方向位置を変える方式の方が、コスト、重量、組立面で優れクランクケースもコンパクト化できる。但し、シャフトをクランクケース合せ面上に配置できない場合、シャフトを軸方向にスライドさせてクランクケースの軸穴に挿入することになり、偏芯軸の場合偏芯量すなわち揺動軸のシリンダ軸直角方向変位量に制限を受けるか、偏芯量を確保できる軸径まで軸を太くする必要がある。圧縮比を可変する為の揺動軸のシリンダ軸直角方向変位量は、ピストンストローク可変量すなわちシリンダ軸平行方向変位量にほぼ比例するので、本案の様にピストンストローク可変量が大きい場合偏芯軸では対応困難となる。
クランクケースにシャフトを挿入する時に別体のアームをシャフトに締結する方式とすることで、シャフト軸径に無関係にアーム長を変えられ、シリンダ軸直角方向変位量を大きくでき大きなピストンストローク可変量に圧縮比可変を対応できる。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the swing shaft of the variable control arm is pivotally supported by a link in a V-shape when viewed from the crankshaft direction and can be positioned and fixed by three-point support. The tip of the link far from the crankshaft center of the swing axis of the variable control arm is pivotally supported by the tip of the arm fixed in each cylinder row to the shaft arranged in parallel for each of the two crankshafts. In addition, the compression ratio can be changed mainly by changing the position of the swing axis of the variable control arm mainly in the direction perpendicular to the cylinder axis by swinging the tip of the control lever fixed to the shaft. And
Although the compression ratio mainly varies depending on the cylinder axis perpendicular position of the variable control arm swing shaft, the displacement amount can be smaller than the variable piston stroke, so a feed screw mechanism is provided for each cylinder employed for variable stroke volume. The shaft is arranged parallel to each crankshaft, and the eccentric shaft or separate arm formed integrally with the shaft for each cylinder is fastened to the shaft, and the shaft phase is varied. Changing the position perpendicular to the cylinder axis by changing the position of the link axis perpendicular to the cylinder axis by changing the position of the cylinder axis perpendicular to the cylinder axis is superior in terms of cost, weight, and assembly. Can be made compact. However, if the shaft cannot be placed on the crankcase mating surface, the shaft should be slid in the axial direction and inserted into the shaft hole of the crankcase. It is necessary to limit the amount of directional displacement or to thicken the shaft to a shaft diameter that can secure the amount of eccentricity. The cylinder axis perpendicular displacement of the oscillating shaft for varying the compression ratio is almost proportional to the piston stroke variable, that is, the cylinder axis parallel displacement, so if the piston stroke variable is large as in this proposal, the eccentric shaft Then it becomes difficult to cope.
By adopting a system in which a separate arm is fastened to the shaft when the shaft is inserted into the crankcase, the arm length can be changed regardless of the shaft shaft diameter, and the displacement in the direction perpendicular to the cylinder axis can be increased, resulting in a large variable piston stroke. Can handle variable compression ratio.
又、請求項5の発明は、請求項4の発明において、圧縮比制御モータの回転を直線運動に変換し、圧縮比可変制御レバーを揺動させる送りネジを、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線付近において、制御レバーを固定した両側シャフト軸芯を結ぶ線及びシャフト軸に対し略直角に配置し、送りネジ先端部と両方の制御レバーを連結するジョイントの少なくとも片方の長さを調整可能とし両側気筒圧縮比の同調を可能とすることを特徴とする。
二本のクランクの中間付近に送りネジを配置することで、両クランクのジャーナル軸間の空間部に送りネジを含む圧縮比制御機構を配置でき、クランクケースをコンパクトにできると共に、片方のジョイント長を変えることで圧縮比制御レバーの位相を調整でき両側気筒の圧縮比を同調できる。According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the invention, the feed screw for converting the rotation of the compression ratio control motor into a linear motion and swinging the compression ratio variable control lever is provided with two crank journal shaft cores. Near the middle line perpendicular to the connecting line, it is arranged at a substantially right angle to the shaft axis and the line connecting the shaft axes on both sides to which the control lever is fixed, and at least one of the joints connecting the leading end of the feed screw and both control levers. It is characterized in that the length can be adjusted and the double cylinder compression ratio can be synchronized.
By arranging the feed screw near the middle of the two cranks, the compression ratio control mechanism including the feed screw can be placed in the space between the journal shafts of both cranks, the crankcase can be made compact, and the joint length of one side By changing the phase, the phase of the compression ratio control lever can be adjusted, and the compression ratio of both cylinders can be tuned.
本発明により、二分割したコンロッドのクランク側をアームにて動きを規制し、アームの揺動軸芯位置を二次元的可変することでピストンストロークを連続可変可能とし、併せて圧縮比もストロークに合せて随時任意に連続無段階可変するものにおいて、ピストン側圧を大幅低減でき低メカロスで、ストローク可変時の上死点位相変化が少なく位相合わせの為のVVTも不必要となり、往復運動部重量の増加をも少なく抑えられるうえ、シリンダ芯軸直角方向の振動は僅かに残るがシリンダ芯軸方向はバランスがとれ大幅に振動低減しバランサ装置不要にできると共に、クランク軸方向のコンパクト化及び低重心化が図れるもので、単クランク機構を応用したものゆえ従来の加工設備を利用できると共に、エンジンレイアウトも似たものとなり従来の車体に搭載し易い、自動車用エンジンに適した行程容積連続可変装置を提供できる。
しかも、行程容積、圧縮比の可変機構の一部に非可逆伝達機構を設けており無電力で行程容積、圧縮比を一定保持できるので電力消費を抑え燃料消費を低減できる。According to the present invention, the crank side of the split connecting rod is controlled by the arm, and the piston stroke can be continuously varied by changing the position of the pivot axis of the arm two-dimensionally. In addition, when continuously variable steplessly at any time, piston side pressure can be greatly reduced, low mechanical loss, top dead center phase change when changing stroke is small, and VVT for phase alignment is unnecessary, and the weight of the reciprocating motion part In addition to suppressing the increase, vibration in the direction perpendicular to the cylinder axis remains slightly, but the cylinder axis direction is balanced, greatly reducing vibration, eliminating the need for a balancer device, and reducing the crankshaft direction and reducing the center of gravity. Because it uses a single crank mechanism, it can use conventional processing equipment and the engine layout is similar. Easily mounted on conventional vehicle body, it can provide a stroke volume continuously variable device suitable for automotive engines.
In addition, since the irreversible transmission mechanism is provided in a part of the stroke volume / compression ratio variable mechanism, the stroke volume and the compression ratio can be kept constant without electric power, so that power consumption can be suppressed and fuel consumption can be reduced.
以下図面にて、本発明による行程容積連続可変装置の実施形態を詳細説明する。本発明による行程容積連続可変装置は自動車等に搭載される各種ガソリン、ディーゼル、HCCIエンジン等の動力装置に適用可能である。Embodiments of a continuously variable stroke volume device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The continuously variable stroke volume device according to the present invention is applicable to power devices such as various gasoline, diesel, and HCCI engines mounted on automobiles and the like.
二分割しクランク軸方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたL形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御し、行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて随時任意に連続無段階可変するものにおいて、同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせるもので、クランク機構10、行程容積可変機構20、行程容積制御機構30、圧縮比可変機構40、圧縮比制御機構50を含む。A variable control arm connecting shaft is provided at the apex of the connecting rod, which is divided into two and swingably connected in the direction of the crankshaft. With an L-shaped yoke, the arm connecting shaft is stroked in an arc shape with a variable control arm, and the locus approaches the top dead center side with respect to a line that is substantially parallel to the cylinder core shaft passing through the crank journal shaft core, and on the bottom dead center side. The control arm's pivot axis position is variably controlled in a two-dimensional manner so that the position and angle change radially in a square-shaped range spreading on both sides, the stroke volume is continuously variable continuously, and the compression ratio is In a continuously variable stepless variable at any time according to the stroke volume, two cranks that are reverse to each other at the same rotational speed are arranged in parallel, and the pistons connected to each crank are caused to make opposing strokes on a concentric shaft. ,crank
クランク機構10は、二気筒180°位相クランクのR、Lクランクシャフト15R,15Lが、互いに平行にアッパ、ミドルクランクケース2、3の合せ面上にジャーナル軸芯を配置、半割のジャーナルメタル軸受15−1によりジャーナル軸15bが回転自在に軸支されると共に、クランクケースのジャーナル軸受部両側側面とクランク軸ギヤ15g及び変速機係合ボス部15c又は鍔部15fの側面間に、半割シム15−2を挿入し厚さを調整することで適正隙間にて軸方向規制され、クランク軸ギヤによりR、Lクランクシャフトが同回転数にて互いに逆回転し、図1−1、2に於いてRクランクシャフトは時計回りにLクランクシャフトは反時計回りに回転する。
反対側のクランクシャフト段付軸に、Rクランクシャフトにはカムシャフト、オイルポンプに動力を伝達するカムシャフトドライブスプロケット15d、オイルポンプドライブスプロケット15e、Lクランクシャフトにはカムシャフトに動力を伝達するカムシャフトドライブスプロケット、クランク位相を検知する為のクランク位相検知ピン15−5が設けられており、クランクピン軸15aには二分割しクランク軸に直角な方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、コンロッド連結軸12−1、クランクピン軸の芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸13−4の芯を配置し軸芯三ヵ所をL形に配置したL形ヨーク13とし、半割のヨークメタル軸受13−2、ヨークキャップ13−1をボルト13−3にてヨークに締結することでクランクピン穴を形成し、ヨークを回転自在に軸支している。
尚、ヨークとヨークキャップの合せ面は、クランクピン穴と可変制御アーム連結軸の芯を結ぶ線に直角な面よりコンロッド連結軸側に傾け、クランク回転時にヨークキャップ固定ボルトの綿付ボス部と可変制御アーム14の揺動軸受ボス部との緩衝を避けると共に、コンロッド連結軸とクランクピン穴間をボルト締結にて剛性、強度を確保し、合せ面をクランクピン穴と可変制御アーム連結軸の芯を結ぶ線に直角な方向にするよりヨークを軽くでき振動軽減している。
又、可変制御アームのI形断面形状アーム部も連結軸と揺動軸の穴芯を結ぶ線に対しヨークのクランクピンボス部を逃げる側にずらすことで、ヨークのクランクピン穴と可変制御アーム連結軸間スパンを短くし軽量化を図ると共に、可変制御アームのアーム長も短くしエンジンブロックもその分コンパクトにしている。
本実施例では、L形ヨークのクランクピン穴と可変制御アーム連結軸間スパンを、クランクピン回転直径の二割程度増しとしストローク増加比1.6余としているが、スパンを長くする等して、可変制御アーム揺動軸の揺動軌跡の下死点側をクランクピン回転軌跡に対しより遠ざけた軌跡にすれば2程度まで上げることは可能である。
スパンを長くすれば重くなり強度、振動面で不利となるがエンジンの使用特性に合わせてスパンを選定すれば良い。
短くすれば軽くなり強度、振動面で有利となるがストローク増加比(最大ストローク/最少ストローク)が小さくなると共に揺動角が大きくなる。
又本実施例では、可変制御アーム連結軸とコンロッド連結軸間スパンもクランクピン回転直径の一割増しとしているが、長さに比例してストローク量が変わるので強度上問題の無い範囲内でヨークのこのスパンを変えるだけで行程容積の違うエンジンにできる利点を有する。その場合コンロッド連結軸のシリンダ芯軸Y(以下Y軸)直角方向の軌跡をY軸に対し最少、最大ストローク時の振れを均等に近づけることで最大ピストン側圧を小さく抑える為に可変制御アームの長さを変えて調整する方法がある。
(図1−1〜3参照)The
On the opposite crankshaft stepped shaft, R crankshaft is camshaft,
The mating surface of the yoke and the yoke cap is inclined to the connecting rod connecting shaft side from the surface perpendicular to the line connecting the crank pin hole and the core of the variable control arm connecting shaft. While avoiding buffering with the rocking bearing boss part of the
Also, the I-shaped cross-section arm part of the variable control arm is also connected to the crank pin hole of the yoke and the variable control arm connection by shifting the crank pin boss part of the yoke to the side escaping with respect to the line connecting the hole core of the connecting shaft and the swinging shaft. In addition to shortening the span between shafts to reduce weight, the arm length of the variable control arm is also shortened, and the engine block is made more compact accordingly.
In this embodiment, the span between the crank pin hole of the L-shaped yoke and the variable control arm connecting shaft is increased by about 20% of the crank pin rotation diameter, and the stroke increase ratio is 1.6 or more. If the bottom dead center side of the swing track of the variable control arm swing shaft is made a track further away from the crank pin rotation track, it can be increased to about 2.
If the span is lengthened, it becomes heavier and disadvantageous in terms of strength and vibration. However, the span should be selected according to the operating characteristics of the engine.
Shortening is lighter and more advantageous in terms of strength and vibration, but the stroke increase ratio (maximum stroke / minimum stroke) decreases and the swing angle increases.
In this embodiment, the span between the variable control arm connecting shaft and the connecting rod connecting shaft is also increased by 10%. However, since the stroke amount changes in proportion to the length, the yoke is within the range where there is no problem in strength. There is an advantage that an engine with a different stroke volume can be obtained by simply changing the span. In this case, the length of the variable control arm is set to minimize the maximum piston side pressure by minimizing the trajectory of the connecting rod connecting shaft in the direction perpendicular to the cylinder core axis Y (hereinafter referred to as the Y axis) to the Y axis and making the maximum stroke uniform. There is a way to adjust by changing the height.
(See Figures 1-1 to 3)
R、Lクランクのジャーナル軸芯が配置されたクランクケース合せ面に対し、Y軸を平行で同芯軸上に配置したシリンダ1R,1Lにピストン11が対向ストローク自在に挿入され、ピストンピン11−1及びコンロッド連結軸にてクランク軸に直角な方向に揺動自在にヨークに軸支したピストン側のコンロッド12と、クランクピン軸に回転自在に軸支したヨークの可変制御アーム連結軸の動きを規制する可変制御アームを、可変制御アーム揺動軸16にて軸支し揺動させることで、可変制御アーム連結軸を主にY軸方向に円弧状に揺動させ、クランクジャーナル軸芯を通りY軸に直角な軸X(以下X軸)方向を規制しピストン往復運動をクランク回転運動に変換するもので、可変制御アーム揺動軸の位置を二次元的に変えることで、アーム連結軸軌跡がクランクジャーナル軸芯を通りY軸に略平行な線Y´(以下Y´線)に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で放射状に位置、角度が変わる様にし、ストローク及び圧縮比を可変可能とすることで、アーム連結軸の円弧状軌跡上をアーム連結軸に対しコンロッド連結軸が揺動する形で軌跡を描きストロークするので、X軸方向の振れが極小さく抑えられピストンスラップによる側圧を大幅に低減でき低メカロスとなる。最少、最大ストロークに於けるコンロッド連結軸芯揺動軌跡のX軸方向最大振れ幅の略中央にY軸を配置することで、全ストローク範囲に於いて上、下死点共にY軸に対するピストン側コンロッドの揺動傾斜角を小さく抑えることができるが、本実施例図ではアッパクランクケースのみにてシリンダ合せ面を形成し面加工を容易にすることを優先した為に、最少、最大ストロークに於けるコンロッド連結軸芯ストローク軌跡のX軸方向最大振れ幅の略中央からY軸が少しずれた位置に配置され、コンロッド連結軸のX軸方向の振れが少し大きくなっている。加工工数が増えると共に組立時に合せ面に段差が出来やすくなり、液封に気を使う必要があるが、シリンダ合せ面加工をミドルケースと同時加工とすれば、Y軸をX軸方向最大振れ幅の略中央にすることは容易に可能である。(図1−1〜3参照)
又、アーム連結軸の上死点時X軸方向位置は、ストローク量に合せた圧縮比に設定する為に多少ずらすことになるが変位量は小さいので、ストローク量による上死点時のクランク位相変化は少なく数度程度に収まるので、タイミング合わせのVVTは不要となる。(図1−9参照)
本実施例では、コンロッドとコンロッド連結軸及び可変制御アームと可変制御アーム連結軸とを圧入固定し、L形ヨークの両側軸受穴にて各軸を回転自在に軸支し、各連結軸の幅をできる限り狭くし、クランクシャフトのカウンタウエイト部の幅を広くとると共に、ストロークに対するクランクピン半径が小さくなるのでクランクピン軸とジャーナル軸の断面重なりを大きくできることでクランクシャフトの剛性、強度の向上を図っており、L形ヨークの両側軸受穴にはクランクピン穴部より連通するオイル穴にて供給されるオイルにて揺動軸受部が潤滑される構造としている。
クランク機構は、クランク軸方向視にて二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線C,L(以下C,L)に対し、後述する行程容積可変機構、圧縮比可変機構と共に基本的に線対称位置に配置され線対称に動く構造としている。(図1−1〜3参照)The
Also, the X axis direction position at the top dead center of the arm connecting shaft is slightly shifted to set the compression ratio according to the stroke amount, but the displacement is small, so the crank phase at the top dead center due to the stroke amount Since the change is small and within a few degrees, the VVT for timing adjustment is not necessary. (See Figure 1-9)
In this embodiment, the connecting rod, the connecting rod connecting shaft, the variable control arm and the variable control arm connecting shaft are press-fitted and fixed, and each shaft is rotatably supported by both side bearing holes of the L-shaped yoke. The crankshaft counterweight is widened as much as possible, and the crankpin radius with respect to the stroke is reduced, so that the cross-sectional overlap of the crankpin shaft and journal shaft can be increased, thereby improving the rigidity and strength of the crankshaft. The rocking bearing portion is lubricated by oil supplied through oil holes communicating with the crank pin hole portion on both side bearing holes of the L-shaped yoke.
The crank mechanism is basically used together with a stroke volume variable mechanism and a compression ratio variable mechanism, which will be described later, with respect to intermediate lines C and L (hereinafter referred to as C and L) perpendicular to the line connecting the two crank journal axes when viewed in the crankshaft direction. In general, it is arranged in a line-symmetric position and moves in a line-symmetric manner. (See Figures 1-1 to 3)
行程容積可変機構20は、L形ヨークの動きを規制する可変制御アームを揺動自在に軸支する可変制御アーム揺動軸をクランク軸方向視V字状のリンクにて軸支することで3点支持にて位置決め固定可能としたものにおいて、V字状リンクの片方でリンク先端が可変制御アームの揺動軸芯位置に対しクランク軸芯に近い行程容積可変リンク21の先端部を、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線つまりはY´線に平行且つ各クランクジャーナル軸に直角に、ミドルクランクケースとロアクランクケース4の合せ面に軸芯を配置すると共に回転自在に軸支した行程容積可変雄送りネジ軸22に噛合う、行程容積可変雌送りネジ23R、23Lにネジに対し直角に設けられた軸にて揺動自在に軸支し、リンクにて雌送りネジの回転を規制することで雄送りネジ軸の回転にて雌送りネジが雄送りネジ軸上をスライドし、揺動軸芯位置を主にY軸平行方向に可変することで主にストローク(行程容積)を変えるもので、クランク軸方向に並べて配置された対向ピストン機構毎に設けられている。行程容積可変機構の雌送りネジのスライドのみで揺動軸位置を可変すると圧縮比が変化してしまうので、一定又は任意の圧縮比で行程容積を可変する為には圧縮比可変機構を協調させて動かす必要がある。アーム部コの字断面形状の行程容積可変リンクは、可変制御アーム揺動軸に揺動自在に軸支された可変制御アーム及びH形断面形状アームの圧縮比可変リンク41を挟む形で両端段付軸部に圧入固定されており、圧縮比可変リンクにより揺動軸方向が規制されることで雌送りネジの回転を規制している。(図1−1、2、4、5参照)The stroke volume variable mechanism 20 is configured by pivotally supporting a variable control arm swinging shaft that swingably supports a variable control arm that regulates the movement of the L-shaped yoke by a V-shaped link in the crankshaft direction view. In the one that can be positioned and fixed by point support, two end portions of the stroke volume
行程容積制御機構30は、C,L付近の行程容積可変雄送りネジ軸にドリブンギヤ部22bを設けると共に、ギヤ両側の送りネジ部22aを互いに逆ネジとし、気筒列毎の行程容積可変雄送りネジ軸の中間に、ドリブンギヤに噛合うピニオンギヤ部33aより一体に雄送りネジ軸に平行に延長したシャフトの先端部にドリブンギヤ部33bを有するドライブピニオンシャフト33をミドルクランクケースとロアクランクケースの合せ面に軸芯を配置すると共に回転自在に軸支し、ドリブンギヤ部に行程容積制御モータホルダ32に固定された行程容積制御モータ31のドライブピニオンギヤ部31aを噛合せて対向ピストン気筒列毎の行程容積可変機構を連動し、一つのモータで全ての気筒列の可変制御を可能にしている。行程容積の制御は行程容積可変雌送りネジのスライドをポジションセンサにて検知し制御するのが一般的だが、行程容積可変量が大きくスライド量が大きいのでセンサの分解能により検知精度が粗くなるので、本実施例ではコスト面では不利となるが回転角、回転量検知可能な制御モータを採用している。
行程容積可変雄送りネジ軸のドリブンギヤ部両側部とクランクケースの軸受穴側面部との間にはシム22−1が配置され、両側シムの厚さを調整することで可変制御アーム揺動軸位置を調整し両側対向ピストンのストローク量(行程容積)を同調可能としている。(図1−1、2、5、8参照)The stroke volume control mechanism 30 is provided with a driven
Shim 22-1 is disposed between the driven gear part both sides of the stroke volume variable male feed screw shaft and the bearing hole side surface part of the crankcase, and the variable control arm swinging shaft position is adjusted by adjusting the thickness of the both side shims. To adjust the stroke amount (stroke volume) of the opposed pistons. (See Figures 1-1, 2, 5, 8)
圧縮比可変機構40は、L形ヨークの動きを規制する可変制御アームを揺動自在に軸支する可変制御アーム揺動軸をクランク軸方向視V字状のリンクにて軸支することで3点支持にて位置決め固定可能としたものにおいて、V字状リンクの片方でリンク先端が可変制御アームの揺動軸芯位置に対しクランク軸芯より遠い圧縮比可変リンクの先端部を、二本のクランク軸毎に平行配置した圧縮比可変シャフト42R、42Lに気筒列毎に固定した圧縮比可変アーム44FR、44FL、44RR、44RL先端に圧入固定されたリンクピン43にて揺動自在に軸支すると共に圧縮比可変アームの両側アーム側面にて軸方向規制し、別に圧縮比可変シャフトのカムチェーン側の端部に締結した圧縮比制御レバー45R、45Lの先端部を揺動させることで可変制御アームの揺動軸芯位置を主にX軸方向に可変することで主に圧縮比を可変するもので、上死点時の可変制御アーム連結軸位置をY軸より遠ざかるX軸方向に変位させれば、L形ヨークの傾斜角が大きくなりコンロッド連結軸がY軸方向でシリンダヘッド側に移動し圧縮比が高くなるが、可変制御アーム連結軸移動量は僅かでも圧縮比は比較的大きく変わる。例えば本実施例の様な最大ピストンストローク100mmの燃焼室を同シリンダボアの円筒高さ11mm相当の容積に設定すれば、圧縮比は(100+11)/11≒10.1となる。ピストン位置を5mmずらし円筒高さ6mm相当の燃焼室容積とすれば、圧縮比は(100+6)/6≒17.7となる。最小ピストンストロークは61mm故に燃焼室を同シリンダボアの円筒高さ6.7mm相当の容積に設定すれば、圧縮比は(61+6.7)/6.7≒10.1と同等圧縮比にでき、ピストン位置を3.1mmずらし円筒高さ3.6mm相当の燃焼室容積とすれば、圧縮比は(61+3.6)/3.6≒17.9と同等圧縮比にできる。本実施例の様に、クランクピン穴と可変制御アーム連結軸間のスパンを可変制御アーム連結軸とコンロッド連結軸間のスパンより一割程度増したL形ヨークでは、可変制御アーム連結軸のX軸方向変位はコンロッド連結軸のY軸方向変位のほぼ一割程度増しとなり、最大ピストンストローク時では5×1.1/100=0.055、最少ピストンストローク時では3.1×1.1/100≒0.034となり最大ストローク量に対し3〜6%程度の僅かな可変制御アーム揺動軸のX軸方向変位で、過給ガソリンエンジンからディーゼルエンジン又はHCCI化が可能な圧縮比まで可変できる。
本実施例では、圧縮比可変リンク先端部を軸支する圧縮比可変アーム先端に圧入されたリンクピン位置を、同位置にて最少、最大ストローク時の最低圧縮比を同一圧縮比に設定しており、最少、最大ストローク時には前述の可変制御アーム揺動軸のX軸方向変位のみで圧縮比を可変できるが、中間ストローク時の同一圧縮比となる可変制御アーム揺動軸位置は可変制御アーム連結軸側を中心とする略円弧状となり、圧縮比可変アームに圧入されたリンクピン位置を固定したままでの圧縮比可変アーム揺動による可変制御アーム揺動軸の軌跡は、逆向きの円弧となるので両円弧のX軸方向の差分を追加したX軸方向変位が必要となるが、ピストンストロークを可変するよりは大分小さくて済むので、ピストンストロークを可変する為に採用した気筒毎に送りネジ機構を設けそれらを連動させる方式より、両側クランク軸毎に平行にシャフトを配置し、気筒毎にシャフトに別体のアームをシャフトに締結し、シャフトの位相を可変する本方式の方が、コスト、重量、組立面で優れクランクケースもコンパクト化でき、シャフト軸径に無関係にアーム長を変えられ、X軸方向変位量を大きくでき大きなピストンストローク可変量に圧縮比可変を対応できるものになる。
シャフトがクランクケース合せ面上にないと、組立時シャフトを軸方向にスライドさせてクランクケースの軸穴に挿入することになり、偏芯軸の場合偏芯量すなわち揺動軸のX軸方向変位量に制限を受けるか、偏芯量を確保できる軸径まで軸を太くする必要がある。圧縮比を可変する為の揺動軸のX軸方向変位量はピストンストローク可変量すなわちY軸方向変位量にほぼ比例するので、本案の様にピストンストローク可変量が大きい場合偏芯軸では対応困難となる。シャフトをクランクケース合せ面上に配置できればシャフトに一体の偏芯軸を設けリンクの先端部を軸支することが可能だが、ケース合せ面が増えコスト、重量面で不利となるので、本実施例では合せ面で無い所に配置し、予めケース内に圧縮比可変アームを納めた後に圧縮比可変シャフトを挿入後ボルト44−1にて締結し、位相決めスプライン42aを設けることで所定の位相にて確実に固定している。但しスプラインを設ける為に挿入先になるに従い軸径を細くすることで片方からの挿入を可能にしている。圧縮比可変シャフトのオイル通路液封は、カムチェーン側はオイル穴にプラグ42−2を圧入して液封し、変速機室側はL側シャフトのジャーナル軸側部ケースにプラグ4−1圧入して液封、R側シャフトにはオイル穴に−溝付プラグ42−1が圧入され、−溝にクランクケースに固定された圧縮比可変シャフト位相検知センサ55の−突起を臨ませ、液封すると共に圧縮比可変シャフトの位相を検知することで圧縮比を制御している。
尚、圧縮比可変機構の各部品に設けられたオイル通路より供給されるオイルにより可変制御アームの揺動軸部を潤滑している。(図1−1、2、4参照)The variable compression ratio mechanism 40 is configured by pivotally supporting a variable control arm swinging shaft that swingably supports a variable control arm that restricts the movement of the L-shaped yoke with a V-shaped link as viewed in the crankshaft direction. In the one that can be positioned and fixed by point support, the tip of the link with a variable compression ratio that is farther from the crankshaft center than the swing axis of the variable control arm on one side of the V-shaped link A compression ratio variable arm 44FR, 44FL, 44RR, 44RL fixed to each cylinder row on a compression ratio
In this embodiment, the position of the link pin press-fitted into the tip of the variable compression ratio arm that pivotally supports the tip of the variable compression ratio link is set to the minimum at the same position, and the minimum compression ratio at the maximum stroke is set to the same compression ratio. At the minimum and maximum strokes, the compression ratio can be varied only by the displacement in the X-axis direction of the above-mentioned variable control arm swing shaft. However, the variable control arm swing shaft position at the same compression ratio at the intermediate stroke is connected to the variable control arm. The trajectory of the variable control arm swing shaft by swinging the compression ratio variable arm while fixing the position of the link pin press-fitted into the compression ratio variable arm is the arc of the opposite direction. Therefore, the X-axis direction displacement that adds the difference in the X-axis direction of both arcs is necessary, but it is much smaller than changing the piston stroke, so it was adopted to change the piston stroke. This system uses a feed screw mechanism for each cylinder and interlocks them, so that a shaft is arranged in parallel for each crankshaft and a separate arm is fastened to the shaft for each cylinder to change the phase of the shaft. This is superior in cost, weight, and assembly, and the crankcase can be made compact, the arm length can be changed regardless of the shaft shaft diameter, the displacement in the X-axis direction can be increased, and the variable piston ratio can be changed with a large variable piston stroke. It will be possible.
If the shaft is not on the crankcase mating surface, the shaft will be slid in the axial direction during assembly and inserted into the shaft hole of the crankcase. It is necessary to make the shaft thicker to a shaft diameter that can be limited by the amount or can secure an eccentric amount. Since the displacement amount in the X-axis direction of the swing shaft for changing the compression ratio is almost proportional to the piston stroke variable amount, that is, the Y-axis direction displacement amount, it is difficult to deal with the eccentric shaft when the piston stroke variable amount is large as in this proposal. It becomes. If the shaft can be arranged on the crankcase mating surface, it is possible to provide an integral eccentric shaft on the shaft and pivotally support the tip of the link. However, this increases the case mating surface and is disadvantageous in terms of cost and weight. Then, it is placed at a place other than the mating surface, and after placing the compression ratio variable arm in the case in advance, the compression ratio variable shaft is inserted and then tightened with the bolt 44-1, and the
The swinging shaft portion of the variable control arm is lubricated with oil supplied from an oil passage provided in each component of the compression ratio variable mechanism. (See Figures 1-1, 2 and 4)
圧縮比制御機構50は、圧縮比可変シャフトのカムチェーン側軸端付近の段付軸部に設けられた位相決めスプライン42bにて圧縮比可変アームに対する位相を決めて圧縮比制御レバーがC,L側にボルト45−2にて締結されている。
一方圧縮比制御モータ51の正逆回転を直線運動に変換し、圧縮比制御レバーを揺動させる送りネジを、C,L付近において両側圧縮比可変シャフト軸芯を結ぶ線及びシャフト軸に対し略直角に配置し、圧縮比制御雄送りネジ54先端部に設けられたジョイントホルダ部54aにネジ軸に対し左右両側に圧入固定されたピン54−2と両側の制御レバー先端部に圧入固定されたピン45−1を片方はピンに揺動自在に軸支された長さ固定のジョイント54−1にて連結し、もう一方はピンに揺動自在に軸支されたアジャストナット54−3R、54−3Lの雌ネジに噛合う両側を逆ネジとした雄ネジのアジャストボルト54−4を回してスパンを調整後ロックナット54−5R、54−5Lにて固定することで両側気筒圧縮比の同調を可能としている。圧縮比制御雄送りネジに噛合う圧縮比制御雌送りネジ53はミドルクランクケースに回転自在に軸支され、軸方向はミドルクランクケースの軸穴側面とアッパクランクケース合せ面にてドリブンギヤ部53a側部を挟み込み規制されている。ドリブンギヤ部に噛合うピニオンギヤ部52aを有するドライブピニオンシャフト52がC,L付近にて送りネジ軸に平行に配置され、ミドル及びアッパクランクケースに設けられた軸受け穴にて回転自在に軸支されると共に軸受穴端面にて軸方向を規制されている。ドライブピニオンシャフトのピニオンギヤ部反対側端部に設けられたドリブンギヤ部52bに、ドライブピニオンシャフトに平行に回転軸を配置しアッパクランクケースに固定された、圧縮比制御モータのドライブピニオンギヤ部51aが噛合い、制御モータの正逆回転による雄送りネジの前後進により圧縮比可変シャフトの位相を変え、圧縮比可変アーム先端に軸支された圧縮比可変リンクの変位により可変制御アーム揺動軸の位置を主にX軸方向に変位させることで主に圧縮比を可変制御するものである。
(図1−1〜4、6、7参照)The compression ratio control mechanism 50 determines the phase with respect to the compression ratio variable arm by the
On the other hand, the feed screw for converting the forward / reverse rotation of the compression
(See FIGS.
本発明案では、行程容積可変機構及び圧縮比可変機構の制御モータからの動力伝達機構の一部に送りネジを設けることで、無電力にて行程容積、圧縮比を一定保持できる様にしている。送りネジとしては、台形ネジ、角ネジ、鋸歯ネジ等が考えられるが、ネジ部を確実な非可逆伝動とする為には、ネジリード角を使用材質の動摩擦係数以下にするのが良く、最低限静摩擦係数以下にする必要がある。In the present invention, a feed screw is provided in a part of the power transmission mechanism from the control motor of the stroke volume variable mechanism and the compression ratio variable mechanism so that the stroke volume and the compression ratio can be kept constant without power. . The lead screw may be a trapezoidal screw, square screw, sawtooth screw, etc., but in order to ensure reliable non-reversible transmission of the screw part, the screw lead angle should be less than or equal to the dynamic friction coefficient of the material used. Must be less than or equal to the static friction coefficient.
図1−9のピストンストロークは本実施例を示し、点線が最低圧縮比、最小ストローク(行程容積)時を示し、実線が最低圧縮比、最大ストローク(行程容積)時を示しており、上死点のクランクピン位相はシリンダ側Y´線よりクランク回転方向(図1−1、2においてRクランクは時計回り、Lクランクは反時計回り)に最小ストローク(行程容積)時29°、最大ストローク(行程容積)時23°、下死点のクランクピン位相は上死点より最小ストローク(行程容積)時207°、最大ストローク(行程容積)時217°回った位相となっており、最小、最大ストローク時の差は大きくはない。
故に上死点位相を合せる為のVVTは不要であると共に、吸気、膨張行程の回転角が180°より30°(圧縮、膨張行程より60°)前後大きくなり、吸気、膨張行程を長くとれるエンジンとなるが、その分振動面では不利となり直列四気筒エンジンでは一次をバランスさせることが困難となり、ダンパ等にて振動を許容範囲に抑えられない場合にはバランサを設ける等して振動を抑える工夫が必要となるが、本案採用によりシリンダ芯軸直角方向の振動は僅かに残るがシリンダ芯軸方向はバランスがとれ大幅に振動低減しバランサ装置不要にできると共に、クランク軸方向のコンパクト化、及び低重心化が図れる自動車用エンジンに適した行程容積連続可変装置を提供できる。The piston stroke in FIG. 1-9 shows this embodiment, the dotted line indicates the minimum compression ratio and minimum stroke (stroke volume), and the solid line indicates the minimum compression ratio and maximum stroke (stroke volume). The crankpin phase at the point is 29 ° at the minimum stroke (stroke volume) in the direction of crank rotation from the cylinder side Y ′ line (R crank is clockwise and L crank is counterclockwise in FIGS. 1-1 and 2). Crankpin phase at 23 ° at stroke volume), 207 ° at minimum stroke (stroke volume) and 217 ° at maximum stroke (stroke volume) from top dead center, minimum and maximum stroke The time difference is not great.
Therefore, VVT for adjusting the top dead center phase is unnecessary, and the rotation angle of the intake and expansion strokes is about 30 ° larger than 180 ° (60 ° more than the compression and expansion strokes), so that the intake and expansion strokes can be made longer. However, it is disadvantageous in terms of vibration, and it is difficult to balance the primary with an in-line four-cylinder engine. If the vibration cannot be suppressed to an allowable range by a damper or the like, a device that suppresses vibration by providing a balancer, etc. However, by adopting this proposal, vibration in the direction perpendicular to the cylinder core axis remains slightly, but the cylinder core axis direction is balanced, greatly reducing vibration, eliminating the need for a balancer device, and making the crankshaft direction compact and low. It is possible to provide a continuously variable stroke volume device suitable for an automobile engine capable of achieving a center of gravity.
以下、実施形態例は最低圧縮比時に於ける最大及び最少ストローク(行程容積)時の行程容積連続可変装置が収まるクランクケースブロック部にて主に説明し、動弁装置を駆動するカムチェーン関係及びオイルポンプ、補機類は図示、説明共に省略する。
本実施形態例で説明する行程容積連続可変装置は、二本クランク水平対向四気筒において対向ピストンの片方が膨張行程時もう一方を吸気行程とし点火間隔を180°とした自然吸気ガソリンエンジンで、最少、最大ストローク時共に最低圧縮比12.0、最少ストローク時最高圧縮比15.0(ピストン頂面がシリンダ上面に一致した時)に設定されており、車にカムチェーン室を前方、変速機室を後方に、シリンダを上方、行程容積、圧縮比可変機構を下方オイル室側に搭載時に、後方より視て右側をR、左側をLとしている。
図1−1は上死点時の最低圧縮比、最大ストローク(行程容積)時を示し、Lクランク側の二点鎖線はコンロッド連結軸芯軌跡、一点鎖線は可変制御アームの揺動範囲、点線は下死点時のL形ヨーク及び可変制御アームの各軸芯を結ぶ線を示している。
図1−2はLクランク側が前列気筒上死点時の最低圧縮比、最小ストローク(行程容積)時を示し、Rクランク側が前列気筒上死点時の後列気筒を示す。Lクランク側の二点鎖線はコンロッド連結軸芯軌跡、一点鎖線は可変制御アームの揺動範囲、点線は下死点時のL形ヨーク及び可変制御アームの各軸芯を結ぶ線を示している。
図1−3はクランクピン位相がクランクケース合せ面上にある場合を示している。
又、各図では必要に応じて一部図面化を省略している。
尚、本発明は四気筒に限らず二気筒から多気筒まで採用可能である。Hereinafter, the embodiment will be described mainly in the crankcase block portion in which the continuously variable stroke volume device at the maximum and minimum stroke (stroke volume) at the minimum compression ratio is accommodated, Oil pumps and auxiliary equipment are not shown or described.
The continuously variable stroke volume device described in the present embodiment is a naturally aspirated gasoline engine in which, in a two-crank horizontally opposed four-cylinder, one of the opposed pistons is the intake stroke during the expansion stroke and the ignition interval is 180 °. The maximum compression ratio is set at 12.0 for both the maximum stroke and the maximum compression ratio for the minimum stroke is 15.0 (when the piston top surface is aligned with the cylinder top surface). , The cylinder is upward, the stroke volume, and the compression ratio variable mechanism are mounted on the lower oil chamber side, the right side is R and the left side is L when viewed from the rear.
FIG. 1-1 shows the minimum compression ratio at the top dead center and the maximum stroke (stroke volume), the two-dot chain line on the L crank side is the connecting rod connecting shaft core locus, the one-dot chain line is the swing range of the variable control arm, the dotted line Indicates lines connecting the cores of the L-shaped yoke and the variable control arm at the bottom dead center.
FIG. 1-2 shows the minimum compression ratio and minimum stroke (stroke volume) when the front crank cylinder is at the top dead center on the L crank side, and the rear cylinder when the front crank cylinder top dead center is on the R crank side. The two-dot chain line on the L crank side indicates the connecting rod connecting axis trajectory, the one-dot chain line indicates the swing range of the variable control arm, and the dotted line indicates a line connecting the L-shaped yoke at the bottom dead center and the axis of the variable control arm. .
1-3 shows a case where the crankpin phase is on the crankcase mating surface.
In each drawing, some drawings are omitted as necessary.
The present invention is not limited to four cylinders and can be adopted from two cylinders to multiple cylinders.
1(R,L) シリンダ
1−1 シリンダガスケット
2 アッパクランクケース
3 ミドルクランクケース
4 ロアクランクケース
4−1 プラグ
10 クランク機構
11 ピストン
11−1 ピストンピン
12 コンロッド
12−1 コンロッド連結軸
13 L形ヨーク
13−1 ヨークキャップ
13−2 ヨークメタル軸受
13−3 ボルト
13−4 可変制御アーム連結軸
14 可変制御アーム
15(R,L) (R,L)クランクシャフト
15a クランクピン軸
15b ジャーナル軸
15w カウンタウエイト部
15c 変速機係合ボス部
15d カムシャフトドライブスプロケット
15e オイルポンプドライブスプロケット
15f 鍔部
15g クランク軸ギヤ
15−1 ジャーナルメタル軸受
15−2 半割シム
15−3 オイルシール
15−4 シールプラグ
15−5 クランク位相検知ピン
16 可変制御アーム揺動軸
16−1 プラグ
20 行程容積可変機構
21 行程容積可変リンク
22 行程容積可変雄送りネジ軸 22a 送りネジ部
22b ドリブンギヤ部
22−1 シム
22−2 プラグ
23(R,L) 行程容積可変雌送りネジ
30 行程容積制御機構
31 行程容積制御モータ 31a ドライブピニオンギヤ部
31−1 ボルト
31−2 Oリング
32 行程容積制御モータホルダ
32−1 ガスケット
32−2 ボルト
33 ドライブピニオンシャフト 33a ピニオンギヤ部
33b ドリブンギヤ部
40 圧縮比可変機構
41 圧縮比可変リンク
42(R,L) 圧縮比可変シャフト 42a 位相決めスプライン
42b 位相決めスプライン
42−1 −溝付プラグ
42−2 プラグ
43 リンクピン
43−1 プラグ
44(F,R)(R,L) 圧縮比可変アーム
44−1 ボルト
45(R,L) 圧縮比制御レバー
45−1 ピン
45−2 ボルト
50 圧縮比制御機構
51 圧縮比制御モータ 51a ドライブピニオンギヤ部
51−1 Oリング
52 ドライブピニオンシャフト 52a ピニオンギヤ部
52b ドリブンギヤ部
52−1 スラストワッシャ
53 圧縮比制御雌送りネジ 53a ドリブンギヤ部
54 圧縮比制御雄送りネジ 54a ジョイントホルダ部
54−1 ジョイント
54−2 ピン
54−3(R,L) アジャストナット
54−4 アジャストボルト
54−5(R,L) ロックナット
55 圧縮比可変シャフト位相検知センサ
Y シリンダ芯軸
Y´ クランクジャーナル軸芯を通りY軸に略平行な線
X クランクジャーナル軸芯を通りY軸に直角な軸
C,L クランク軸方向視にて二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線1 (R, L) Cylinder 1-1
15a Crank pin shaft
15b Journal axis
15w counterweight part
15c Transmission engaging boss
15d camshaft drive sprocket
15e Oil pump drive sprocket
15f Isobe
15g Crankshaft gear 15-1 Journal metal bearing 15-2 Half shim 15-3 Oil seal 15-4 Seal plug 15-5 Crank
22b Driven gear portion 22-1 Shim 22-2 Plug 23 (R, L) Stroke volume variable female feed screw 30 Stroke
33b Driven gear section 40 Compression
42b phasing spline 42-1 -grooved plug 42-2
52b Driven gear part 52-1
二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたL形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御し、行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて随時任意に連続無段階可変するものにおいて、同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせるもので、クランク機構10、行程容積可変機構20、行程容積制御機構30、圧縮比可変機構40、圧縮比制御機構50を含む。A variable control arm connecting shaft is provided at the apex of the connecting rod, which is divided into two and swingably connected in the direction perpendicular to the crankshaft. L-shaped yoke, the arm connecting shaft is stroked in an arc shape by the variable control arm, and the locus approaches the top dead center side with respect to the line substantially parallel to the cylinder core shaft passing through the crank journal shaft core. The control arm's pivot axis position is variably controlled in a two-dimensional manner so that the position and angle change radially within a square-shaped range extending on both sides, and the stroke volume is continuously variable continuously and the compression ratio. In which two cranks that are mutually reversed at the same rotational speed are arranged in parallel, and pistons connected to the cranks are opposed to each other on a concentric shaft. In the
クランク機構10は、二気筒180°位相クランクのR、Lクランクシャフト15R,15Lが、互いに平行にアッパ、ミドルクランクケース2、3の合せ面上にジャーナル軸芯を配置、半割のジャーナルメタル軸受15−1によりジャーナル軸15bが回転自在に軸支されると共に、クランクケースのジャーナル軸受部両側側面とクランク軸ギヤ15g及び変速機係合ボス部15c又は鍔部15fの側面間に、半割シム15−2を挿入し厚さを調整することで適正隙間にて軸方向規制され、クランク軸ギヤによりR、Lクランクシャフトが同回転数にて互いに逆回転し、図1−1、2に於いてRクランクシャフトは時計回りにLクランクシャフトは反時計回りに回転する。
反対側のクランクシャフト段付軸に、Rクランクシャフトにはカムシャフト、オイルポンプに動力を伝達するカムシャフトドライブスプロケット15d、オイルポンプドライブスプロケット15e、Lクランクシャフトにはカムシャフトに動力を伝達するカムシャフトドライブスプロケット、クランク位相を検知する為のクランク位相検知ピン15−5が設けられており、クランクピン軸15aには二分割しクランク軸に直角な方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、コンロッド連結軸12−1、クランクピン軸の芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸13−4の芯を配置し軸芯三ヵ所をL形に配置したL形ヨーク13とし、半割のヨークメタル軸受13−2、ヨークキャップ13−1をボルト13−3にてヨークに締結することでクランクピン穴を形成し、ヨークを回転自在に軸支している。
尚、ヨークとヨークキャップの合せ面は、クランクピン穴と可変制御アーム連結軸の芯を結ぶ線に直角な面よりコンロッド連結軸側に傾け、クランク回転時にヨークキャップ固定ボルトの締付ボス部と可変制御アーム14の揺動軸受ボス部との衝突を避けると共に、コンロッド連結軸とクランクピン穴間をボルト締結にて剛性、強度を確保し、合せ面をクランクピン穴と可変制御アーム連結軸の芯を結ぶ線に直角な方向にするよりヨークを軽くでき振動軽減している。
又、可変制御アームのI形断面形状アーム部も連結軸と揺動軸の穴芯を結ぶ線に対しヨークのクランクピンボス部を逃げる側にずらすことで、ヨークのクランクピン穴と可変制御アーム連結軸間スパンを短くし軽量化を図ると共に、可変制御アームのアーム長も短くしエンジンブロックもその分コンパクトにしている。
本実施例では、L形ヨークのクランクピン穴と可変制御アーム連結軸間スパンを、クランクピン回転直径の二割程度増しとしストローク増加比1.6余としているが、スパンを長くする等して、可変制御アーム揺動軸の揺動軌跡の下死点側をクランクピン回転軌跡に対しより遠ざけた軌跡にすれば2程度まで上げることは可能である。
スパンを長くすれば重くなり強度、振動面で不利となるがエンジンの使用特性に合わせてスパンを選定すれば良い。
短くすれば軽くなり強度、振動面で有利となるがストローク増加比(最大ストローク/最少ストローク)が小さくなると共に揺動角が大きくなる。
又本実施例では、可変制御アーム連結軸とコンロッド連結軸間スパンもクランクピン回転直径の一割増しとしているが、長さに比例してストローク量が変わるので強度上問題の無い範囲内でヨークのこのスパンを変えるだけで行程容積の違うエンジンにできる利点を有する。その場合コンロッド連結軸のシリンダ芯軸Y(以下Y軸)直角方向の軌跡をY軸に対し最少、最大ストローク時の振れを均等に近づけることで最大ピストン側圧を小さく抑える為に可変制御アームの長さを変えて調整する方法がある。
(図1−1〜3参照)The
On the opposite crankshaft stepped shaft, R crankshaft is camshaft,
The mating surface of the yoke and the yoke cap is inclined toward the connecting rod connecting shaft side from the surface perpendicular to the line connecting the crank pin hole and the core of the variable control arm connecting shaft, and the clamping boss portion of the yoke cap fixing bolt during crank rotation While avoiding collision with the rocking bearing boss part of the
Also, the I-shaped cross-section arm part of the variable control arm is also connected to the crank pin hole of the yoke and the variable control arm connection by shifting the crank pin boss part of the yoke to the side escaping with respect to the line connecting the hole core of the connecting shaft and the swinging shaft. In addition to shortening the span between shafts to reduce weight, the arm length of the variable control arm is also shortened, and the engine block is made more compact accordingly.
In this embodiment, the span between the crank pin hole of the L-shaped yoke and the variable control arm connecting shaft is increased by about 20% of the crank pin rotation diameter, and the stroke increase ratio is 1.6 or more. If the bottom dead center side of the swing track of the variable control arm swing shaft is made a track further away from the crank pin rotation track, it can be increased to about 2.
If the span is lengthened, it becomes heavier and disadvantageous in terms of strength and vibration. However, the span should be selected according to the operating characteristics of the engine.
Shortening is lighter and more advantageous in terms of strength and vibration, but the stroke increase ratio (maximum stroke / minimum stroke) decreases and the swing angle increases.
In this embodiment, the span between the variable control arm connecting shaft and the connecting rod connecting shaft is also increased by 10%. However, since the stroke amount changes in proportion to the length, the yoke is within the range where there is no problem in strength. There is an advantage that an engine with a different stroke volume can be obtained by simply changing the span. In this case, the length of the variable control arm is set to minimize the maximum piston side pressure by minimizing the trajectory of the connecting rod connecting shaft in the direction perpendicular to the cylinder core axis Y (hereinafter referred to as the Y axis) to the Y axis and making the maximum stroke uniform. There is a way to adjust by changing the height.
(See Figures 1-1 to 3)
以下、実施形態例は最低圧縮比時に於ける最大及び最少ストローク(行程容積)時の行程容積連続可変装置が収まるクランクケースブロック部にて主に説明し、動弁装置を駆動するカムチェーン関係及びオイルポンプ、補機類は図示、説明共に省略する。
本実施形態例で説明する行程容積連続可変装置は、二本クランク水平対向四気筒において、前列気筒対向ピストンの片方が膨張行程時もう一方を吸気行程、後列気筒対向ピストンの片方を圧縮行程もう一方を排気行程とし、点火間隔を180°とした自然吸気ガソリンエンジンで、最少、最大ストローク時共に最低圧縮比12.0、最少ストローク時最高圧縮比15.0(ピストン頂面がシリンダ上面に一致した時)に設定されており、車にカムチェーン室を前方、変速機室を後方に、シリンダを上方、行程容積、圧縮比可変機構を下方オイル室側に搭載時に、後方より視て右側をR、左側をLとしている。
図1−1は上死点時の最低圧縮比、最大ストローク(行程容積)時を示し、Lクランク側の二点鎖線はコンロッド連結軸芯軌跡、一点鎖線は可変制御アームの揺動範囲、点線は下死点時のL形ヨーク及び可変制御アームの各軸芯を結ぶ線を示している。
図1−2はLクランク側が前列気筒上死点時の最低圧縮比、最小ストローク(行程容積)時を示し、Rクランク側が前列気筒上死点時の後列気筒を示す。Lクランク側の二点鎖線はコンロッド連結軸芯軌跡、一点鎖線は可変制御アームの揺動範囲、点線は下死点時のL形ヨーク及び可変制御アームの各軸芯を結ぶ線を示している。
図1−3はクランクピン位相がクランクケース合せ面上にある場合を示している。
又、各図では必要に応じて一部図面化を省略している。
尚、本発明は四気筒に限らず二気筒から多気筒まで採用可能である。Hereinafter, the embodiment will be described mainly in the crankcase block portion in which the continuously variable stroke volume device at the maximum and minimum stroke (stroke volume) at the minimum compression ratio is accommodated, Oil pumps and auxiliary equipment are not shown or described.
In the continuous stroke volume variable device described in the present embodiment, in a two-crank horizontally opposed four-cylinder, one of the front-row cylinder-opposed pistons takes the other during the expansion stroke, and the other of the rear-row cylinder-opposed pistons takes the other compression stroke. Is a naturally aspirated gasoline engine with an exhaust stroke of 180 ° and an ignition interval of 180 °. The minimum compression ratio is 12.0 at the minimum and maximum stroke, and the maximum compression ratio is 15.0 at the minimum stroke. When the vehicle is mounted with the cam chain chamber on the front, the transmission chamber on the rear, the cylinder on the upper side, the stroke volume, and the compression ratio variable mechanism on the lower oil chamber side, the right side as viewed from the rear is R. , L on the left side.
FIG. 1-1 shows the minimum compression ratio at the top dead center and the maximum stroke (stroke volume), the two-dot chain line on the L crank side is the connecting rod connecting shaft core locus, the one-dot chain line is the swing range of the variable control arm, the dotted line Indicates lines connecting the cores of the L-shaped yoke and the variable control arm at the bottom dead center.
FIG. 1-2 shows the minimum compression ratio and minimum stroke (stroke volume) when the front crank cylinder is at the top dead center on the L crank side, and the rear cylinder when the front crank cylinder top dead center is on the R crank side. The two-dot chain line on the L crank side indicates the connecting rod connecting axis trajectory, the one-dot chain line indicates the swing range of the variable control arm, and the dotted line indicates a line connecting the L-shaped yoke at the bottom dead center and the axis of the variable control arm. .
1-3 shows a case where the crankpin phase is on the crankcase mating surface.
In each drawing, some drawings are omitted as necessary.
The present invention is not limited to four cylinders and can be adopted from two cylinders to multiple cylinders.
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JP2016129359A JP2017223210A (en) | 2016-06-13 | 2016-06-13 | Two-piece housing connecting rod l-shaped yoke opposing piston type stroke capacity continuous variable device |
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2016
- 2016-06-13 JP JP2016129359A patent/JP2017223210A/en active Pending
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Legal Events
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